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DE69018618T2 - ACTIVE LIQUID CRYSTAL POINT MATRIX DISPLAY STRUCTURE WITH HIGH RESOLUTION. - Google Patents

ACTIVE LIQUID CRYSTAL POINT MATRIX DISPLAY STRUCTURE WITH HIGH RESOLUTION.

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Publication number
DE69018618T2
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lines
line
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liquid crystal
driver transistor
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Roger Stewart
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Iljin Diamond Co Ltd
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David Sarnoff Research Center Inc
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    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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    • G02F1/136Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
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Abstract

A liquid-crystal active dot-matrix display structure comprised of an array of pixel cells, which is implementable in integrated-circuit form, employs a spatial configuration for the respective pixel cells, each of which includes (1) a liquid-crystal element, (2) data line, (3) select line, and (4) drive-transistor, that both increases the proportion of the display-structure area occupied by the liquid-crystal elements themselves and also reduces parasitic capacitance, with respect to the spatial configurations employed by the prior art. The result is a brighter display that is particularly suitable for high-density displays (e.g., 1000 lines per inch in each dimension).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flüssigkristallanzeigevorrichtungen und genauer gesagt auf ein Substrat mit aktiver Matrix für die Verwendung in einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to liquid crystal display devices and, more particularly, to an active matrix substrate for use in such a device.

Wie im Stand der Technik bekannt, können auf einem solchen Substrat ausgebildet sein:As is known in the art, such a substrate may contain:

Ein Satz von Datenleitungen,A set of data lines,

ein Satz von Auswahlleitungen, welche die Datenleitungen kreuzen,a set of selection lines that cross the data lines,

eine Matrix aus Anzeigeelektroden jeweils an einem entsprechenden Kreuzungspunkt je einer Datenleitung und einer Auswahlleitung, so daß die Anzeigeelektroden in Spalten entsprechend den Daten leitungen und in Reihen entsprechend den Auswahlleitungen gebildet werden, unda matrix of display electrodes each at a corresponding crossing point of a data line and a selection line, so that the display electrodes are formed in columns corresponding to the data lines and in rows corresponding to the selection lines, and

jeweils ein Feldeffekttreibertransistor für jede Anzeigeelektrode, wobei jeder Treibertransistor ein Senke hat, die mit der entsprechenden Anzeigeelektrode verbunden ist, eine Quelle hat, die an einer entsprechenden Verbindungsstelle mit der entsprechenden Datenleitung verbunden ist, und ein Gatter hat, welches zwischen der jeweiligen Senke und Quelle liegt und mit der jeweiligen Auswahlleitung verbunden ist.one field effect driver transistor for each display electrode, each driver transistor having a drain connected to the corresponding display electrode, a source connected to the corresponding data line at a corresponding connection point, and a gate connected between the respective drain and source and connected to the respective select line.

Aus dem vorstehend gesagten ergibt sich offensichtlich, daß der Anteil der Anzeigefläche eines zweidimensionalen Flüssigkristallanzeigeaufbaus mit aktiver Punktmatrix, welcher (1) durch die jeweiligen Treibertransistoren, (2) durch die entsprechenden Datenleitungen und (3) durch die entsprechenden Auswahlleitungen in Anspruch genommen wird, mit zunehmender Leitungsdichte der Reihen und/oder Spalten ansteigt.From the foregoing, it is obvious that the proportion of the display area of a two-dimensional active dot matrix liquid crystal display structure occupied by (1) the respective driver transistors, (2) the respective data lines, and (3) the respective select lines increases with increasing line density of the rows and/or columns.

Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist ein zweidimensionaler Flüssigkristallanzeigeaufbau mit aktiver Punktmatrix üblicherweise als ein integrierter Schaltkreis auf einem Chip implementiert (verwirklicht). Konventionelle zweidimensionale Flüssigknstallanzeigen mit aktiver Punktmatrix weisen im allgemeinen in jeder Dimension eine Leitungsdichte in der Größenordnung vom 80 Leitungen pro Zoll auf. In diesem Fall nehmen die jeweiligen Treibertransistoren, die Datenleitungen und die Auswahlleitungen nur wenige Prozent der gesamten Anzeigefläche ein. Deshalb ist die Helligkeit einer solchen konventionellen Anzeige nur in geringem Maße durch die optisch nicht aktive Anzeigefläche begrenzt, die von den jeweiligen Treibertransistoren, Datenleitungen und Auswahlleitungen der Anzeige eingenommen wird. Anders ist die Situation jedoch für eine Anzeige mit hoher Dichte, wie zum Beispiel einer Anzeige, die eine Dichte in der Größenordnung von 1000 Leitungen pro Zoll in jeder Dimension hat. Die Verwendung desselben Typs von räumlicher Ausgestaltung der Komponenten der Anzeige, die für die konventionellen Anzeigen mit niedriger Dichte verwendet wird, würde dazu führen, daß die Anzeigeelektroden nur einen relativ kleinen Anteil (zum Beispiel 30% im Falle einer Anzeige mit 40 Linien pro mm oder 1000 Linien pro Zoll) der Anzeigefläche besetzen würden und dadurch die Helligkeit der Anzeige beträchtlich vermindern würden.As is known in the art, a two-dimensional active dot matrix liquid crystal display structure is usually implemented as an integrated circuit on a chip. Conventional two-dimensional active dot matrix liquid crystal displays generally have a line density of the order of 80 lines per inch in each dimension. In this case, the respective driver transistors, data lines and select lines occupy only a few percent of the total display area. Therefore, the brightness of such a conventional display is only slightly limited by the optically non-active display area occupied by the respective driver transistors, data lines and select lines of the display. The situation is different, however, for a high density display, such as a display having a density of the order of 1000 lines per inch in each dimension. The use of the same type of spatial layout of the components of the display as is used for the conventional low density displays would result in the Display electrodes would occupy only a relatively small proportion (for example 30% in the case of a display with 40 lines per mm or 1000 lines per inch) of the display area and would thereby considerably reduce the brightness of the display.

Wie bekannt ist, bildet ein Flüssigkristallelement eine Kapazität, die mit den speziellen Datenund Auswahlleitungen, welche mit dem zu dieser individuellen Pixelzelle gehörigen Treibertransistor verbunden sind, über eine parasitäre Kapazität kurzgeschlossen ist, welche die Kapazität des Flüssigkristallelementes jedes individuellen Pixels enthält. Diese parasitäre Kapazität, welche unerwünscht ist, wächst mit der Zunahme der Leitungsdichte der Anzeige beträchtlich an.As is known, a liquid crystal element forms a capacitance which is shorted to the specific data and select lines connected to the driver transistor associated with that individual pixel cell through a parasitic capacitance which includes the capacitance of the liquid crystal element of each individual pixel. This parasitic capacitance, which is undesirable, increases considerably as the line density of the display increases.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine neue räumliche Anordnung der Komponenten des Substrates gerichtet, welche (1) ermöglicht, daß der Anteil der gesamten Anzeigefläche, welche von den Anzeigeelektroden einer Anzeige mit aktiver Punktmatrix und einer relativ hohen Dichte eingenommen wird, beträchtlich zu erhöhen, und (2) die unerwünschte parasitäre Kapazität beträchtlich reduziert, die man normalerweise in derartigen Anzeigen mit aktiver Punktmatrix und hoher Dichte vorfindet.The present invention is directed to a new spatial arrangement of the components of the substrate which (1) enables the proportion of the total display area occupied by the display electrodes of a relatively high density active dot matrix display to be significantly increased and (2) significantly reduces the undesirable parasitic capacitance normally found in such high density active dot matrix displays.

Die vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daßThe present invention is characterized in that

jede Kopplungsstelle (Quelle an Datenleitung) und die jeweilige Quelle auf der bezüglich der jeweiligen Auswahlleitung gegenüberliegenden Seite der Anordnung der jeweiligen Senke angeordnet ist, wodurch der betreffende Treibertransistor einen gegebenen Abschnitt zwischen seiner Quelle und Senke hat, welcher die jeweilige Auswahlleitung kreuzt, undeach coupling point (source to data line) and the respective source is arranged on the opposite side of the arrangement of the respective sink with respect to the respective selection line, whereby the respective driver transistor has a given section between its source and sink which crosses the respective selection line, and

daß das Gatter jedes Transistors an dem jeweils gegebenen Abschnitt liegt, welcher die jeweilige Auswahlleitung kreuzt.that the gate of each transistor is located at the respective section which crosses the respective selection line.

Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt anhand eines Beispiels unter Bezug auf die zugehörigen Figuren beschrieben, von denen:A specific embodiment of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

Figur 1 ein Beispiel eines Anzeigeaufbaus nach dem Stand der Technik für eine zweidimensionale Flüssigkristallanzeige mit aktiver Punktmatrix und relativ niedriger Dichte zeigt,Figure 1 shows an example of a prior art display structure for a two-dimensional liquid crystal display with an active dot matrix and relatively low density,

Figur 2 ein Beispiel des Anzeigeaufbaus für eine zweidimensionale Flüssigkristallanzeige mit aktiver Punktmatrix und relativ hoher Dichte nach dem Stand der Technik zeigt undFigure 2 shows an example of the display structure for a two-dimensional liquid crystal display with an active dot matrix and relatively high density according to the prior art and

Figur 3 eine bevorzugte Ausführungsform des Anzeigeaufbaus einer zweidimensionalen Flüssigkristallanzeige mit aktiver Punktmatrix und relativ hoher Dichte zeigt, welche die vorliegende Erfindung verwirklicht.Figure 3 shows a preferred embodiment of the display structure of a two-dimensional liquid crystal display with active dot matrix and relatively high density, which implements the present invention.

Es wird jetzt auf Figur 1 Bezug genommen, welche ein typisches Beispiel der räumlichen Konfiguration bzw. Anordnung eines konventionellen, zweidimensionalen Anzeigeaufbaus mit aktiver Punktmatrix zeigt, der eine relativ niedrige Leitungsdichte seiner Pixelzelle hat (zum Beispiel etwa 40 Linien pro Zoll). Derartige konventionelle Anzeigeaufbauten werden in erster Linie verwendet für direkt zu betrachtende Anzeigen von Bildern und alphanumerischen Zeichen, wie sie zum Beispiel in tragbaren Fernsehgeräten und Lap-Top-Computern verwendet werden. In derartigen Fällen erhält man, wenn für eine solche Anzeige die Fähigkeit hoher Auflösung (das ist eine große Anzahl von Pixeln) gefordert wird, diese durch Vergrößern der Gesamtfläche des Anzeigeaufbaus anstatt durch Vergrößerung der Leitungsdichte (das heißt die Anzahl von Pixeln pro Längeneinheit in jeder der beiden Dimensionen) des Anzeigeaufbaus.Reference is now made to Figure 1 which shows a typical example of the spatial configuration of a conventional two-dimensional active dot matrix display structure having a relatively low line density of its pixel cell (for example, about 40 lines per inch). Such conventional display structures are used primarily for direct-view displays of images and alphanumeric characters, such as those used in portable televisions and lap-top computers. In such cases, if high resolution capability (i.e., a large number of pixels) is required for such a display, this is achieved by increasing the total area of the display structure rather than by increasing the line density (i.e., the number of pixels per unit length in each of the two dimensions) of the display structure.

Der in Figur 2 dargestellte Anzeigeaufbau besteht aus einem Feld von Pixelzellen, welche in Reihen und Spalten angeordnet sind, die durch das Gitter von Datenleitungen 102 und Auswahlleitungen 104 festgelegt werden. In Figur 1 sind die Datenleitungen 102 zufällig in Spaltenrichtung und die Auswahlleitungen 104 zufällig in Reihenrichtung ausgerichtet. Hierauf kommt es jedoch nicht an. Die Datenleitungen könnten ebensogut auch in Reihenrichtung und die Auswahlleitungen 104 in Spaltenrichtung angeordnet sein. Auf jeden Fall ist jede der Datenleitungen 102 und jede der Auswahlleitungen 104 eine gerade Linie. Wie in Figur 1 angezeigt, beträgt der Leitungsabstand sowohl zwischen den Datenleitungen 102 als auch zwischen den Auswahlleitungen 104 290 Mikrometer (um), was einer Leitungsdichte von etwa 80 Leitungen pro Zoll sowohl in der Reihenrichtung als auch in der Spaltenrichtung entspricht. Die Pixelzelle 100, welche die Fläche besetzt, die durch jedes Paar von benachbarten Datenleitungen 102 und je ein Paar von benachbarten Auswahlleitungen 104 eingeschlossen wird, hat eine symetrische, quadratische Form.The display structure shown in Figure 2 consists of an array of pixel cells arranged in rows and columns defined by the grid of data lines 102 and select lines 104. In Figure 1, the data lines 102 are randomly aligned in the column direction and the select lines 104 are randomly aligned in the row direction. However, this is not important. The data lines could just as easily be aligned in the row direction and the select lines 104 in the column direction. In any event, each of the data lines 102 and each of the select lines 104 is a straight line. As shown in Figure 1, the line spacing between both the data lines 102 and the select lines 104 is 290 micrometers (um), which corresponds to a line density of about 80 lines per inch in both the row and column directions. The pixel cell 100, which occupies the area enclosed by each pair of adjacent data lines 102 and each pair of adjacent select lines 104, has a symmetrical square shape.

Für das Verwirklichen eines zweidimensionalen Flüssigkristallanzeigeaufbaus mit aktiver Punktmatrix, welcher den vorstehend beschriebenen räumlichen Aufbau hat, kann man irgendeines der verschiedenen bekannten fotolithographischen Verfahren für integrierte Schaltkreise verwenden. Der Anschauung halber sei jedoch in Figur 1 angenommen, daß (1) alle Datenleitungen in 102 aus Metallstreifen (zum Beispiel Aliminium) bestehen, (2) die entsprechenden Abschnitte 104a von Auswahlleitungen 104, (die jeweils getrennt zu einer entsprechenden, individuellen Pixelzelle gehören) ebenfalls aus Metallstreifen bestehen, (3) benachbarte Abschnitte 104a von Auswahlleitungen an jedem Schnittpunkt einer Auswahlleitung 104 mit einer Datenleitung 102 durch eine Schicht aus Polysilizium 104b (in im Stand der Technik bekannter Weise) miteinander verbunden sind, und (4) eine solche Schicht aus Polysilizium 104b mit einer Isolierschicht aus Siliziumdioxyd (nicht dargestellt) an ihrem Schnittpunkt mit einer Datenleitung 102 abgedeckt ist, um dadurch einen Kurzschluss zwischen der Datenleitung 102 und der Auswahlleitung 104 zu verhindern (wie es im Stand der Technik ebenfalls bekannt ist).To realize a two-dimensional active dot matrix liquid crystal display structure having the spatial structure described above, one may use any of the various known integrated circuit photolithography techniques. However, for the sake of illustration, assume in Figure 1 that (1) all data lines in 102 are made of metal strips (e.g. aluminum), (2) the corresponding portions 104a of select lines 104 (each separately associated with a corresponding individual pixel cell) are also made of metal strips, (3) adjacent portions 104a of select lines are interconnected at each intersection of a select line 104 with a data line 102 by a layer of polysilicon 104b (as is known in the art), and (4) such layer of polysilicon 104b is covered with an insulating layer of silicon dioxide (not shown) at its intersection with a data line 102 to thereby prevent a short circuit between the data line 102 and the select line 104 (as is also known in the art).

Wie in Figur 2 dargestellt, wird der größte Teil der Fläche jeder einzelnen Pixelzelle 100 durch ihr Flüssigkristallelement 106 in Anspruch genommen. Jede Pixelzelle 100 weist weiterhin einen zugehörigen Feldeffekttreibertransistor 108 auf, der aus einer Quelle 108a, einer Senke 108b und einem Kanal 108c besteht, der die Quelle 108a und die Senke 108b deselben miteinander verbindet. Das Senkenelement 108b ist elektrisch direkt mit dem Flüssigkristallelement 106 jeder Pixelzelle 100 verbunden. Die Quelle 108a ist direkt mit der Datenleitung 102 elektrisch verbunden, welche zu dieser individuellen Pixelzelle gehört, welche diesen Treibertransistor 108 aufweist. Die Verlängerung 104c aus Polysilizium 104b ist kapazitiv an den Kanal 108c jedes Treibertransistors 108 gekoppelt, um eine Gatterelektrode für diesen Treibertransistor zu bilden, was dazu führt, daß der Kanal 108c Quelle 108a und Senke 108b dieses Treibertransistors 108 nur unter Ansprechen auf die Erregung derjenigen Auswahlleitung 104 elektrisch verbindet, welche zu dieser individuellen Pixelzelle 100 gehört, die diesen Treibertransistor 108 aufweist. So wie es hier verwendet wird, ist die Verlängerung 104c strukurell als getrenntes und von der Auswahlleitung 104 selbst unterscheidbares Element anzusehen.As shown in Figure 2, the majority of the area of each individual pixel cell 100 is occupied by its liquid crystal element 106. Each pixel cell 100 further includes an associated field effect driver transistor 108 consisting of a source 108a, a drain 108b, and a channel 108c connecting the source 108a and the drain 108b thereof. The drain element 108b is electrically connected directly to the liquid crystal element 106 of each pixel cell 100. The source 108a is electrically connected directly to the data line 102 associated with that individual pixel cell having that driver transistor 108. The polysilicon 104b extension 104c is capacitively coupled to the channel 108c of each driver transistor 108 to form a gate electrode for that driver transistor, resulting in the channel 108c electrically connecting the source 108a and drain 108b of that driver transistor 108 only in response to the energization of the select line 104 associated with that individual pixel cell 100 having that driver transistor 108. As used herein, the extension 104c is to be considered structurally separate and distinguishable from the select line 104 itself.

Es versteht sich, daß bei dem in Figur 1 dargestellten Anzeigeaufbau mit relativ niedriger Dichte der Anteil der Gesamtfläche der Anzeige, welche von den Flüssigkristallelementen 106 aller Pixelzellen 100 der Anzeige in Anspruch genommen wird, wesentlich größer ist als die Fläche, welche sowohl durch die Treibertransistoren 108 aller Pixelzellen 100 der Anzeige, als auch durch alle Datenleitungen 102 und Auswahlleitungen 104 der Anzeige in Anspruch genommen werden. Dies ergibt eine helle Anzeige. Es versteht sich weiterhin, daß, da jedes Flüssigkristallelement 106 relativ groß und die Dichte der Datenleitungen und der Auswahlleitungen relativ klein ist, die parasitäre Kapazität der Flüssigkristallelemente 106 zu den Datenleitungen und zu den Auswahlleitungen relativ klein zum Vergleich zur Kapazität der optisch aktiven Flüssigkeitselemente 106 selbst ist, was auch erwünscht ist.It will be appreciated that in the relatively low density display structure shown in Figure 1, the proportion of the total area of the display occupied by the liquid crystal elements 106 of all the pixel cells 100 of the display is substantially larger than the area occupied by both the driver transistors 108 of all the pixel cells 100 of the display and by all the data lines 102 and select lines 104 of the display. This results in a bright display. It will also be appreciated that since each liquid crystal element 106 is relatively large and the density of the data lines and select lines is relatively low, the parasitic capacitance of the liquid crystal elements 106 to the data lines and to the select lines is relatively small compared to the capacitance of the optically active liquid elements 106 themselves, which is also desirable.

Es wird jetzt auf Figur 2 Bezug genommen, die auf einen zweidimensionalen Flüssigkristallaufbau mit aktiver Punktmatrix und hoher Dichte gerichtet ist, welcher einen räumlichen Aufbau verwendet, der ähnlich demjenigen ist, der für den Anzeigeaufbau mit geringer Dichte gemäß Figur 1 gezeigt ist, auch wenn die Verfahren für integrierte Schaltkreise, die bei der Verwirklichung des Anzeigeaufbaus gemäß Figur 2 verwendet werden, sich von denjenigen, die bei der Verwirklichung des Anzeigeaufbaus gemäß Figur 1 verwendet werden, leicht unterscheiden. Jede der quadratischen, symmetrischen Pixelzellen 200 des Anzeigeaufbaus wird durch je ein Paar benachbarter Datenleitungen 102 und je ein Paar benachbarter Auswahlleitungen 204 definiert. Speziell sind in dem Anzeigeaufbau gemäß Figur 2 ein Flüssigkristallelement 206 und ein Treibertransistor 108 beide aus einer einzigen Schicht aus Polysilizium gebildet, die dünn genug ist um optisch durchlässig zu sein. Diese einzelne Schicht aus Polysilizium, welche die elektrischen Abschnitte der Quelle 208a, der Senke 208b und des Kanal 208c des Treibertransistors 208 aus Figur 2 bildet, ist von allen anderen Schichten des integrierten Schaltkreises durch ein Gatteroxid elektrisch Isoliert mit Ausnahme des Kontaktbereichtes 208a. Zusätzlich liegt ein Unterschied zwischen den Anzeigen, welche in Figur 1 und in Figur 2 dargestellt sind, darin, daß der Abstand zwischen benachbarten Datenleitungen 202 und der Abstand zwischen Auswahlleitungen 204 in Figur 2 jeweils 25um beträgt ( das heißt etwa 1000 Leitungen pro Zoll).Reference is now made to Figure 2, which shows a two-dimensional liquid crystal structure high density active dot matrix display device which uses a spatial structure similar to that shown for the low density display structure of Figure 1, although the integrated circuit techniques used in implementing the display structure of Figure 2 differ slightly from those used in implementing the display structure of Figure 1. Each of the square, symmetrical pixel cells 200 of the display structure is defined by a pair of adjacent data lines 102 and a pair of adjacent select lines 204. Specifically, in the display structure of Figure 2, a liquid crystal element 206 and a driver transistor 108 are both formed from a single layer of polysilicon thin enough to be optically transmissive. This single layer of polysilicon, which forms the electrical portions of source 208a, drain 208b and channel 208c of driver transistor 208 of Figure 2, is electrically isolated from all other layers of the integrated circuit by a gate oxide except for contact region 208a. Additionally, a difference between the displays shown in Figure 1 and Figure 2 is that the spacing between adjacent data lines 202 and the spacing between select lines 204 in Figure 2 are both 25µm (i.e., about 1000 lines per inch).

Ein weiterer Unterschied zwischen der Verwirklichung des integrierten Schaltkreises gemäß Figur 2 und dem gemäß Figur 1 liegt darin, daß in Figur 2 jede Auswahlleitung 204 vollständig aus einer Polysiliziumschicht besteht (anstatt aus der Kombination aus Teilstreifen 104 a und einer Polysiliziumschicht 104b in dem Anzeigeaufbau nach Figur 1).In Figur 2 wird jedoch, auch wenn jedes der Bestandteile 200, 202, 204, 204c, 206, 208, 208a, 208b bzw. 208c funtionell in jeder Hinsicht mit jeder der Komponenten 100, 102, 104, 104c, 106, 108, 108a, 108b bzw. 108c gemäß Figur 1 entspricht, stukturell die Verlängerung bzw. der Fortsatz 204c als ein von der Auswahlleitung 204 getrenntes und zu unterscheidendes Element angesehen.Another difference between the implementation of the integrated circuit according to Figure 2 and that according to Figure 1 is that in Figure 2 each selection line 204 consists entirely of a polysilicon layer (instead of the combination of partial strips 104a and a polysilicon layer 104b in the display structure according to Figure 1). However, in Figure 2, even though each of the components 200, 202, 204, 204c, 206, 208, 208a, 208b and 208c is functionally identical in every respect to each of the components 100, 102, 104, 104c, 106, 108, 108a, 108b and 108c according to Figure 1, structurally the extension or projection 204c is considered to be a 204 separate and distinguishable element.

Flüssigkristallanzeigeaufbauten mit hoher Dichte mit aktiver Punktmatrix sind in solchen Anwendungen erforderlich wie (1) Flüssigkristallprojektionsanzeigen, (2) elektronischen Visieranzeigen und (3) sogenannten Anzeigen vom "Head-up-Typ" (projizierte Frontscheibenanzeigen). Da derartige Anzeigen kleinflächige Anzeigeaufbauten erfordern, müssen sie eine relativ große Helligkeit pro Flächeneinheit bereitstellen. Tatsache ist jedoch, daß die Vergrößerung der Leitungsdichte von etwa 80 Leitungen pro Zoll auf 1000 Leitungen pro Zoll in jeder Dimension der Anzeige unweigerlich den Anteil der gesamten Fläche des Anzeigeaufbaus, welcher von den optisch aktiven Flüssigkristallelementen des Aufbaus besetzt wird, vermindert. Die Verwendung der in Figur 2 dargestellten räumlichen Konfiguration nach dem Stand der Technik für den Anzeigeaufbau mit hoher Dichte führt dazu, daß die durch das Flüssigkristallelement 206 jeder Pixelzelle 200 belegte Fläche nur 191 um² beträgt und daß die von den Flüssigkristallelementen 206 aller Pixelzellen 200 des Anzeigeaufbaus besetzte Fläche auf nur etwa 30% der Gesamtfläche der Anzeige vermindert wird. Dies liegt daran, daß im Vergleich zu den entsprechenden Komponenten in Figur 1 in Figur 2 ein relativ großer Anteil des Anzeigeaufbaus pro Flächeneinheit durch die viel größere Anzahl von Datenleitungen 202, Auswahlleitungen 204 und Treibertransistoren 208 besetzt wird. Weiterhin vergrößert die größere Anzahl von Komponenten, die zu kleineren, individuellen Pixelzellen 200 und kleineren Flüssigkristallelementen führt, beträchtlich das Verhältnis der parasitären Kapazität des Anzeigeaufbaus zu der Kapazität der Flüssigkristallelemente 206 des Anzeigeaufbaus selbst. Dieser Anstieg der parasitären Kapazität ist nicht wünschenswert.High density active dot matrix liquid crystal display structures are required in such applications as (1) liquid crystal projection displays, (2) electronic visor displays, and (3) so-called "head-up" type displays. Since such displays require small area display structures, they must provide relatively high brightness per unit area. The fact is, however, that increasing the line density from about 80 lines per inch to 1000 lines per inch in each dimension of the display inevitably reduces the proportion of the total area of the display structure occupied by the optically active liquid crystal elements of the structure. The use of the prior art spatial configuration shown in Figure 2 for the high density display assembly results in the area occupied by the liquid crystal element 206 of each pixel cell 200 being only 191 µm² and the area occupied by the liquid crystal elements 206 of all the pixel cells 200 of the display assembly being reduced to only about 30% of the total area of the display. This is because in Figure 2, a relatively large proportion of the display assembly per unit area is occupied by the much larger number of data lines 202, select lines 204 and driver transistors 208 as compared to the corresponding components in Figure 1. Furthermore, the larger number of components, resulting in smaller individual pixel cells 200 and smaller liquid crystal elements, significantly increases the ratio of the parasitic capacitance of the display assembly to the capacitance of the liquid crystal elements 206 of the display assembly itself. This increase in parasitic capacitance is undesirable.

Figur 3, welche einen zweidimensionalen Flüssigkristallanzeigeaufbau mit aktiver Punktmatrix darstellt, welcher die vorliegenden Erfindung verwirklicht, ist dem zweidimensionalen Flüssigkristallanzeigeaufbau mit aktiver Punktmatrix und hoher Dichte, der in Figur 2 dargestellt ist, insoweit ähnlich, als sie beide durch dasselbe Verfahren für einen integrierten Schaltkreis verwirklicht werden und der jeweiligen Abstand zwischen benachbarten Datenleitungen und benachbarten Auswahlleitungen 25 pm (etwa 1000 Leitungen pro Zoll) beträgt. Der räumliche Aufbau der betreffenden Komponenten des in Figur 3 dargestellten Anzeigeaufbaus ist jedoch von der räumlichen Konfiguration nach dem Stand der Technik von den jeweils entsprechenden Komponenten, die in Figur 1 oder in Figur 2 dargestellt sind, beträchtlich verschieden.Figure 3, which illustrates a two-dimensional active dot matrix liquid crystal display structure embodying the present invention, is similar to the high density two-dimensional active dot matrix liquid crystal display structure illustrated in Figure 2 in that they are both implemented by the same integrated circuit process and the respective spacing between adjacent data lines and adjacent select lines is 25 pm (about 1000 lines per inch). However, the spatial configuration of the respective components of the display structure illustrated in Figure 3 is considerably different from the prior art spatial configuration of the respective corresponding components illustrated in Figure 1 or Figure 2.

Im einzelnen entsprechen die Komponenten 300, 302, 304, 306, 308, 308a, 308b und 308c gemäß Figur 3 in funktioneller Hinsicht jeweils den Komponenten 200, 202, 204, 206, 208, 208a, 208b und 208c in Figur 2. In der räumlichen Konfiguration des in Figur 3 dargestellten Anzeigeaufbaus hat jedoch der Treibertransistor 308, der zu jeder einzelnen Pixelzelle 300 gehört, eine Quelle 308a, die außerhalb der Fläche dieser individuellen Pixelzelle liegt. Speziell liegt die Quelle 308a jedes Treibertransistors 308 bezüglich der speziellen Auswahlleitung 304, welche den Betrieb dieses Treibertransistors 308 steuert, auf der gegenüberliegenden Seite dieser Leitung. Das Flüssigkristallelement 306 und die mit diesem verbundene Quelle 308b des Treibertransistors 308, der zu jeder einzelnen Pixelzelle 300 gehört, liegt innerhalb des Bereiches dieser individuellen Pixelzelle, so daß der Kanal 308c dieses Treibertransistors 308, welcher die Quelle 308a und die Senke 308b desselben miteinander verbindet, diese zuvor erwähnte, spezielle Auswahlleitung 304 kreuzen bzw. überqueren muß, wie in Figur 3 dargestellt. Dadurch wird inhärent (automatisch) ein kapazitiv gekoppeltes Gatter für den Betrieb jedes Treibertransistors 308 an dem Schnittpunkt des Kanals 308c dieses Treibertransistors mit der speziellen Auswahlleitung 304 gebildet, welche den Kanal 308c dieses Treibertransistors 308 kreuzt.Specifically, components 300, 302, 304, 306, 308, 308a, 308b and 308c of Figure 3 are functionally equivalent to components 200, 202, 204, 206, 208, 208a, 208b and 208c of Figure 2, respectively. However, in the spatial configuration of the display assembly shown in Figure 3, the driver transistor 308 associated with each individual pixel cell 300 has a source 308a that lies outside the area of that individual pixel cell. Specifically, the source 308a of each driver transistor 308 lies on the opposite side of that line from the particular select line 304 that controls the operation of that driver transistor 308. The liquid crystal element 306 and the source 308b of the driver transistor 308 associated with each individual pixel cell 300 are located within the range of that individual pixel cell, so that the channel 308c of that driver transistor 308, which connects the source 308a and the drain 308b thereof, must cross or traverse this previously mentioned special selection line 304, as shown in Figure 3. This inherently (automatically) creates a capacitively coupled gate for the Operation of each driver transistor 308 is formed at the intersection of channel 308c of that driver transistor with the special select line 304 which crosses channel 308c of that driver transistor 308.

Wie in Figur 3 dargestellt, sind die Quelle 308a jedes Treibertransistors 308 und die spezielle Datenleitung 302, mit welcher diese Quelle 308 elektrisch verbunden ist, räumlich in einer im wesentlichen vollständig überlappenden Beziehung zueinander ausgerichtet. Weiterhin ist in der räumlichen Konfiguration des in Figur 3 dargestellten Anzeigeaufbaus jede Auswahlleitung 304 vorzugsweise keine gerade Linie, sondern weist eine Vielzahl von V-förmigen Abschnitten 310 auf, welche jeweils eine andere der entsprechenden Datenleitungen 302 kreuzen bzw. überqueren. Dies ermöglicht es, daß die Quelle 308a jedes Treibertransistors 308 innerhalb des Winkels bzw. der Kerbe des V-förmigen Abschnittes 310 angeordnet wird und ermöglicht auch, daß der Kanal 308c des Treibertransistors 308 einen Arm dieses V-förmigen Abschnittes 310 im wesentlichen unter einem rechten Winkel schneidet, wie in Figur 3 dargestellt.As shown in Figure 3, the source 308a of each driver transistor 308 and the particular data line 302 to which that source 308 is electrically connected are spatially aligned in a substantially completely overlapping relationship with each other. Furthermore, in the spatial configuration of the display assembly shown in Figure 3, each select line 304 is preferably not a straight line, but rather has a plurality of V-shaped sections 310, each of which crosses or traverses a different one of the corresponding data lines 302. This allows the source 308a of each driver transistor 308 to be located within the angle or notch of the V-shaped section 310 and also allows the channel 308c of the driver transistor 308 to intersect an arm of that V-shaped section 310 substantially at a right angle, as shown in Figure 3.

Aus der vorstehenden Beschreibung der räumlichen Konfiguration und des in Figur 3 dargestellten Aufbaus wird deutlich, daß ein großer Teil der Fläche des Anzeigeaufbaus, welcher von den jeweiligen Treibertransistoren in Anspruch genommen wird, mit Flächen des Anzeigeaufbaus überlappt, die von den entsprechenden Datenleitungen 302 und Auswahlleitungen 304 in Anspruch genommen werden. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Gatterelektrode jedes Treibertransistors 308 überhaupt keine zusätzliche Fläche in Anspruch nimmt, da sie vollständig im Schnittbereich einer bestimmten Auswahlleitung 304 und des Kanals 308c jedes Treibertransistors 308 liegt. Dies ist ein beträchtlicher Unterschied gegenüber der räumlichen Kofiguration des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Anzeigeaufbaus nach dem Stand der Technik, wonach im wesentlichen alle Teile jedes Treibertransistors Raum innerhalb der Fläche jeder einzelnen, symmetrischen (quadratischen) Pixelzelle desselben besetzen (also die Fläche des Anzeigeaufbaus zusätzlich zu der durch die Datenleitungen und Auswahlleitungen desselben besetzten Fläche). Weiterhin ist die Fläche der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Anzeigeaufbauten, welche von dem Fortsatz 104c der Auswahlleitung 104 und dem Fortsatz 204c der Auswahlleitung 204 besetzt wird, in der räumlichen Konfiguration des in Figur 3 dargestellten Anzeigeaufbaus vollständig eliminiert.From the foregoing description of the spatial configuration and structure shown in Figure 3, it is clear that a large portion of the area of the display structure occupied by the respective driver transistors overlaps with areas of the display structure occupied by the corresponding data lines 302 and select lines 304. Of particular importance is the fact that the gate electrode of each driver transistor 308 takes up no additional area at all, since it lies entirely within the intersection of a particular select line 304 and the channel 308c of each driver transistor 308. This is a significant difference from the spatial configuration of the prior art display structure shown in Figures 1 and 2, whereby substantially all parts of each driver transistor occupy space within the area of each individual, symmetrical (square) pixel cell thereof (i.e., the area of the display structure in addition to the area occupied by the data lines and select lines thereof). Furthermore, the area of the display structures shown in Figures 1 and 2, which is occupied by the extension 104c of the selection line 104 and the extension 204c of the selection line 204, is completely eliminated in the spatial configuration of the display structure shown in Figure 3.

Das Ergebnis der oben beschriebenen räumlichen Konfiguration des zweidimensionalen Flüssigkristallanzeigeaufbaus mit aktiver Punktmatrix und hoher Dichte, wie er in Figur 3 dargestellt ist, wobei die Form der von jeder einzelnen Pixelzelle zusammen mit ihrem zugehörigen Treibertransistor besetzten Fläche asymmetrisch ist, liegt darin, daß beträchtlich mehr Fläche innerhalb jeder einzelnen Pixelzelle für ihr optisch aktives Flüssigkristallelement 306 bereitgestellt wird. Speziell, wie in Figur 3 gezeigt wird, erstreckt sich allein die Senke 308b des Treibertransistors 308, der zu jeder einzelnen Pixelzelle 300 gehört, und welche mit dem Flüssigkristallelement 306 dieser individuellen Pixelzelle 300 verbunden ist, in einen Abstandsbereich (Randbereich), der das Flüssigkristallelement 306 umgibt und es von der betreffenden Datenleitung 302 und der betreffenden Auswahlleitung 304 trennt, die zu dieser individuellen Pixelzelle 300 gehören. Dies ermöglicht es, daß jedes Flüssigkristallelement 306 eine Fläche von 239 um² einnimmt anstatt nur 191 um², welche durch das Flüssigkristallelement 306 jeder einzelnen Pixelzelle in der räumlichen Konfiguration des Figur 2 dargestellten Anzeigeaufbaus eingenommen wird, und zwar für denselben 25um Abstand zwischen den Auswahlleitungen oder zwischen den Datenleitungen. In Figur 3 beträgt deshalb der Anteil der Gesamtfläche des Anzeigeaufbaus welcher durch das Flüssigkristallelement 306 besetzt wird, im wesentlichen 38%, während die Flüssigkristallelemente 206 nur im wesentlichen 30% der Gesamtfläche des in Figur 2 dargestellten Anzeigeaufbaus besetzen. Deshalb ist die räumliche Konfiguration des in Figur 3 dargestellten Anzeigeaufbaus etwa 25% heller als der in Figur 2 dargestellte Anzeigeaufbau.The result of the above-described spatial configuration of the two-dimensional high density active dot matrix liquid crystal display structure as shown in Figure 3, where the shape of the area occupied by each individual pixel cell together with its associated driver transistor is asymmetric, is that considerably more area is provided within each individual pixel cell for its optically active liquid crystal element 306. Specifically, as shown in Figure 3, only the well 308b of the driver transistor 308 associated with each individual pixel cell 300, and which is connected to the liquid crystal element 306 of that individual pixel cell 300, extends into a spacing region (edge region) surrounding the liquid crystal element 306 and separating it from the respective data line 302 and the respective select line 304 associated with that individual pixel cell 300. This enables each liquid crystal element 306 to occupy an area of 239 µm² instead of only 191 µm² occupied by the liquid crystal element 306 of each individual pixel cell in the spatial configuration of the display assembly shown in Figure 2, for the same 25 µm spacing between the select lines or between the data lines. In Figure 3, therefore, the proportion of the total area of the display structure occupied by the liquid crystal element 306 is substantially 38%, while the liquid crystal elements 206 only occupy substantially 30% of the total area of the display structure shown in Figure 2. Therefore, the spatial configuration of the display structure shown in Figure 3 is approximately 25% brighter than the display structure shown in Figure 2.

Zusätzlich zu der größeren Helligkeit weist die räumliche Konfiguration des in Figur 3 dargestellten Anzeigeaufbaus eine beträchtlich geringere parasitäre Kapazität auf als sie der Anzeigeaufbau gemäß Figur 2 zeigt. Außerdem ist die Kapazität, welche die relativ größerflächigen Flüssigkristallelemente 306 selbst haben, beträchtlich größer als die Kapazität, welche die relativ kleinerflächigen Flüssigkristallelemente 206 selbst haben. Damit ist das Verhältnis von parasitärer Kapazität zu der Kapazität des Flüssigkristallelementes beträchtlich geringer. Aus diesen Gründen werden die unerwünschten Wirkungen der parasitären Kapazität durch die räumliche Konfiguration des Anzeigeaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung in entscheidender Weise vermindert.In addition to the higher brightness, the spatial configuration of the display structure shown in Figure 3 has a considerably lower parasitic capacitance than the display structure shown in Figure 2. In addition, the capacitance that the relatively larger area liquid crystal elements 306 themselves have is considerably larger than the capacitance that the relatively smaller area liquid crystal elements 206 themselves have. Thus, the ratio of parasitic capacitance to the capacitance of the liquid crystal element is considerably lower. For these reasons, the undesirable effects of parasitic capacitance are significantly reduced by the spatial configuration of the display structure according to the present invention.

Zum Zwecke der Darstellung ist hier angenommen, daß spezielle, bekannte Verfahren für integrierte Schaltkreise bei der Herstellung des in Figur 3 dargestellten Anzeigenaufbaus verwendet wurden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf die räumliche Konfiguration des Anzeigeaufbaus gerichtet und nicht auf die speziellen Verfahren und Materialien, die zu seiner Herstellung verwendet werden. Daher können auch andere im Stand der Technik bekannte Verfahren für integrierte Schaltkreise für die Herstellung eines zweidimensionalen Flüssigkristallanzeigeaufbaus mit aktiver Punktmatrix verwendet werden, die eine räumliche Konfiguration haben bzw. zu einer solchen führen, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet.For purposes of illustration, it is assumed that specific, known integrated circuit processes were used in the manufacture of the display assembly shown in Figure 3. However, the present invention is directed to the spatial configuration of the display assembly and not to the specific processes and materials used to manufacture it. Therefore, other integrated circuit processes known in the art may be used to manufacture a two-dimensional active dot matrix liquid crystal display assembly having or resulting in a spatial configuration incorporating the principles of the present invention.

Claims (10)

1. Substrat mit aktiver Matrix für die Verwendung in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wobei auf dem Substrat ausgebildet sind:1. An active matrix substrate for use in a liquid crystal display device, wherein the substrate has formed thereon: Ein Satz von Datenleitungen (302),A set of data lines (302), ein Satz von Auswahlleitungen (304), welche die Datenleitungen kreuzen,a set of selection lines (304) crossing the data lines, eine Matrix aus Anzeigeelektroden (306) jeweils an einem jeweiligen Kreuzungspunkt einer Datenleitung und einer Auswahlleitung, so daß die Anzeigeelektroden in Spalten ausgebildet sind, welche den Datenleitungen entsprechen und in Reihen, welche den Auswahlleitungen entsprechen, unda matrix of display electrodes (306) each at a respective intersection point of a data line and a selection line, so that the display electrodes are formed in columns corresponding to the data lines and in rows corresponding to the selection lines, and jeweils ein Feldeffekttreibertransistor (308) für jede Anzeigeelektrode, wobei jeder Treibertransistor eine Senke (308b) hat, die mit der jeweiligen Anzeigeelektrode verbunden ist, eine Quelle (308a) hat, die an je einer Verbindungsstelle mit der betreffenden Datenleitung verbunden ist, und ein Gatter hat, welches zwischen der jeweiligen Senke und Quelle liegt und mit der jeweiligen Auswahlleitung verbunden ist,a field effect driver transistor (308) for each display electrode, each driver transistor having a drain (308b) connected to the respective display electrode, a source (308a) connected to the respective data line at a respective connection point, and a gate located between the respective drain and source and connected to the respective selection line, dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that jede Verbindungsstelle und die betreffende Quelle bezüglich der Auswahlleitung auf der der jeweiligen Senke gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, wodurch der jeweilige Treibertransistor einen gegebenen Abschnitt (308c) zwischen seiner Quelle und Senke hat, welcher die jeweilige Auswahlleitung kreuzt, undeach connection point and the respective source are arranged on the side opposite the respective drain with respect to the selection line, whereby the respective driver transistor has a given section (308c) between its source and drain which crosses the respective selection line, and daß das Gatter jedes Transistors an dem jeweils gegebenen Abschnitt angeordnet ist, der die jeweilige Auswahlleitung kreuzt.that the gate of each transistor is located at the given section that crosses the respective selection line. 2. Substrat nach Anspruch 1, wobei Quelle, Senke und Gatter jedes Treibertransistors durch entsprechende Bereiche einer einzelnen Schicht aus halbleitendem Material gebildet sind.2. The substrate of claim 1, wherein the source, drain and gate of each driver transistor are formed by corresponding regions of a single layer of semiconducting material. 3. Substrat nach Anspruch 2, wobei jede Anzeigeelektrode und ihr entsprechender Treibertransistor aus einer einzelnen Schicht aus Polysilizium bestehen.3. The substrate of claim 2, wherein each display electrode and its corresponding driver transistor are comprised of a single layer of polysilicon. 4. Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede Quelle die jeweilige Datenleitung überlappt und direkt kontaktiert.4. A substrate according to any preceding claim, wherein each source comprises the respective Data line overlaps and directly contacted. 5. Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kreuzungspunkt zwischen jedem gegebenen Abschnitt und seiner entsprechender Auswahlleitung im wesentlichen in dem gleichen Bereich liegt wie der Kreuzungspunkt dieser Auswahlleitung und der entsprechenden Datenleitung.5. A substrate according to any preceding claim, wherein the crossing point between any given section and its corresponding select line is substantially in the same region as the crossing point of that select line and the corresponding data line. 6. Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede Auswahlleitung V- förmige Abschnitte (310) aufweist, die an den jeweiligen Kreuzungspunkten mit den Datenleitungen liegen, und wobei ein Teil des gegebenen Abschnittes des Treibertransistors innerhalb der Kerbe des jeweiligen V-förmigen Abschnittes abgeordnet ist.6. A substrate according to any preceding claim, wherein each select line has V-shaped sections (310) located at respective intersection points with the data lines, and wherein a portion of the given section of the driver transistor is disposed within the notch of the respective V-shaped section. 7. Substrat nach Anspruch 6, wobei jedes Gatter seine entsprechende Auswahlleitung entlang des V-förmigen Abschnittes schneidet.7. The substrate of claim 6, wherein each gate intersects its corresponding select line along the V-shaped portion. 8. Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dichte der Datenleitungen und der Auswahlleitungen beträchtlich größer ist als 3,15 Leitungen pro Meter (80 Leitungen pro Zoll).8. A substrate according to any preceding claim, wherein the density of the data lines and the select lines is considerably greater than 3.15 lines per meter (80 lines per inch). 9. Substrat nach Anspruch 8, wobei die Dichte der Datenleitungen und der Auswahlleitungen jeweils in der Größenordnung von 39,4 Leitungen pro mm (1000 Leitungen pro Zoll) liegt.9. The substrate of claim 8, wherein the density of the data lines and the select lines is each on the order of 39.4 lines per mm (1000 lines per inch). 10. Flüssigkeitskristallanzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch ein Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche.10. Liquid crystal display device, characterized by a substrate according to one of the preceding claims.
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